船用分油机噪声分析与控制

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48 船用分油机噪声分析与控制 2013年 10月文章编号：1006．1355(2013)05—0048—05船用分油机噪声分析与控制高占斌-， ，孙 丹 ，周 盼2 刘洪达(1．集美大学 轮机工程学院，福建 厦门 361021；2．哈尔滨工程大学 动力与能源工程学院，哈尔滨 150001)摘 要：针对教学实验室中船用分油机空气噪声过大影响正常教学的问题，对分油机的振动和噪声进行测试。通过对测试结果的模态特性、响应谱特性、相干性等分析，并对分油机进行减振降噪处理。与传统的对分油机本体进行改进方式不同，采用了经济有效的隔振和阻尼涂敷方法有效地降低了室内的空气噪声，该方法对其它设备的降噪具有一 定的参考价值。

关键词：声学；船用分油机；噪声；隔振；阻尼；控制中图分类号：TH } ；TH 文献标识码：A DOI编码：10．3969／j．issn．1006 1335．2013．05．011Noise Analysis and Control of Marine Oil SeparatorGAO Zhan—bin 1,2 SUN Dan2 ZHOU Pan 2 LIU Hong-da2(1．Marine Engineering Institute，Jimei University,Xiamen 36 1 02 1，Fujian China；2．Department of Energy and Power Engineering，Harbin Engineering University,Harbin 1 5000 1，China)Abstra~ ：The vibration and noise of a marine oil separator in a teaching laboratory was measured．According to themeasurement data，the modal character and dynamic spectrum of the noise，and the coherence between vibration and noisewere analyzed．Effective methods were researched to control the noise and vibration of the marine oil separator．Diferentfrom the traditional way in which only the structure of the marine oil separator itself were improved，the vibration isolatorsand artifcial damping were used to reduce the chamber noise．This research provides some suggestions for the vibration andnoise control of marine oil separators and some other equipments.

Key woi'd8：acoustics；marine oil separator；noise；vibration isolation；damping；control船用分油机是现代船舶装置中的一种重要的辅助设备，广泛用于燃油或滑油的分离净化处理(分水或分杂) ]。分油机在工作过程中常在各种因素影响下发生振动并产生辐射噪声，成为船舶设备中一个较为重要的振动噪声源之一。如何对分油机进行有效的减振降噪处理，保证机器的正常运行和人员工作环境的舒适成为一个重要研究问题。

轮机工程实验室的KYDR203CD．23型船用分油机安装在刚性台面上，用于轮机工程实验教学。

收稿日期：2012—11-28；修改B期：2012—12—20项目基金：国家 自然科学基金项目(50979016)；新世纪优秀人才支持计划项目(2030020623)作者简介：高占斌(1971．)，男，河北张家口人，博士研究生，副教授，目前从事船舶轮机动力装置振动与噪声控制。

E—mail：gaozhanbin###hrbeu．edu．cn在实验教学过程中，分油机的噪声过大，严重影响了教学效果；不仅如此，分油机工作时，其振动噪声对其它教室也产生极大影响。为营造 良好的教学环境，本文针对该船用分油机进行了噪声分析，提出了控制措施并进行了实验验证。

1 船用分油机噪声与振动特性分析分油机是船舶上的重要辅助设备，其工作原理是让需要净化的油进入高速旋转的分离筒中，使油与分离筒本体一起高速旋转，由于油、水和机械杂质所产生的离心惯性力不同，密度较大的水分和机械杂质所受的离心力最大被甩向外周，水被引出，杂质则定期清除。密度较小的油所受离心力较小便向里流动，6l靠近转轴的出油口流出，油从而得到净化 。

KYDR203CD．23型船用分油机是一部高速离心分油机。工作时电动机通过摩擦离合器带动涡轮第33卷第5期 噪 声 与 振 动 控 制 49蜗杆，然后传递到垂直轴系带动分离筒运转。电动机转速 1 500 r／min，功率 2．2 kW，分离 筒转速 为7 125 r／min。

鼍1．1 分油机振动与声压测量 1为了解分油机振动噪声特点，对已在刚性台面 善上的分油机进行了振动噪声测试。测试系统如图1所示，包括加速度传感器、传声器、B&K数据采集分析仪3560 E和PULSE分析软件等。

图 1实验测试系统图Fig．1 Schematic diagram of test system在分油机表面选择了11个有代表性的测点进行振动加速度测量，测点分别位于机脚(4个)、电机(2个)、分离筒(3个)、进油口和出水口(各一个)；按国标工程法，在分油机周围1 1TI位置处选取了9个测点进行空气声压测量，测点布置如图3所示。

5图2噪声测点示意图Fig．2 Schematic diagram of noise points1．2 分油机振动噪声特性0 5 l0 l5 20频半／Hz 10图3机脚振动加速度谱线Fig．3 Vibrational acceleration spectrum of machine seatI．510—5OO 5 10 l 5 20频率，Hz 10。

图4机体振动加速度谱线Fig．4 Vibrational acceleration spectrum of machine图 5分离简盖振动加速度谱线Fig．5 Vibrational acceleration spectrum of bowl hood8O60∞ 40200． 20图3—5给出了分油机正常工作状态下，机脚、 0机体、分离筒盖的振动信号 自功率谱；图6给出了噪声信号(测点9)白功率谱，图7一l0给出了振动信号与噪声信号相干性谱线。

5 l0频半／Hzl5 20×lO图 6噪声(测点9)信号谱线Fig．6 Noise spectrum ofpoint 950 船用分油机噪声分析与控制 2013年 l0月0．50O0．5O5 l0 15 2O O频半／Hz 107机脚(测点1)振动与噪声信号相干性谱线Fig．7 Coherence between acceleration of machine seat(poim 1)and noise signal【0 5 10 l5 2O频率／Hz 10。

8机脚(测点3)振动与噪声信号相干性谱线Fig．8 Coherence between acceleration ofmachine seat(point 3)and noise signal0．500 5 10 15 20频率／}{z l09分离筒盖振动与噪声信号相干性谱线Fig．9 Coherence be twen acceleration of bowl hood andnoise signal由测试得到的加速度谱线、噪声谱线及信号相干性分析图线，可以看出：(1)在 118．75 Hz处振动与噪声能量都很大，出现明显峰值。分离筒的转速为7125 r／min，118．75Hz是分油机的分离筒的转频。

(2)部分信号谱线(主要为分离筒处测点谱线)出现分离筒基频的二次谐波，幅值较基频下降很多，5 10 1 5 2O频率／Hz 10图 10机体振动与噪声信号相干性谱线Fig．1 0 Coherence betw en acceleration of machine body andnoise signal为第一次安装时转子轻微不对中，重新拆装后此倍频现象基本消失。

(3)各谱线中另一重要峰值位于350 Hz处，在电机处尤为明显，幅值超过基频处加速度值，为电机局部振动，进而传至机体其它各处。

(4)信号相关性谱线显示，振动信号与噪声信号密切相关，分离筒盖振动信号谱与噪声信号谱的相干性明显好于机器其它部位振动信号与噪声信号的相干性。从而推测分离筒盖的振动对辐射噪声影响最大。

2 噪声治理方案设计及实施对设备进行噪声控制有三种主要方法：源控制(振动源或噪声源)、传播途径控制以及传播指向目标保护 】。其中对源的控制是最直接有效的方法，传播途径控制次之。

源控制需要在产品设计阶段就对其进行振动噪声的控制，做到低噪声设计与制造。但本文所研究的分油机已经设计成型且投入使用，对其进行设备低噪声改造成本高、周期长。如果采用隔声罩进行降噪，不方便教学使用。

考虑不影响教学使用，特别不影响学员对设备的实操训练，再综合治理成本与时间要求，提出了对设备进行隔振与涂敷合适的阻尼材料措施。

f11隔振设计隔振设计具体方法是在分油机四个机脚处加装隔振器对分油机进行处理，减小分油机工作时振动的响应的传递，此方法成本低、结构简单、稳定性强[4,51
。 按照隔振原理，当隔振系统的固有频率小于激励频率的0．707倍时才能起到隔振效果，而且隔振系统频率越低，隔振效果越好 [61。但是，当隔振系统频第33卷第5期 噪 声 与 振 动 控 制 5l率过低，系统的稳定性变差。电机激励的基频为25Hz，隔振系统的固有频率应低于 17．7 Hz，把隔振效果与稳定性综合考虑，选择市场上常见的BE型隔振器，其固有频率设计在 10 Hz左右。分油机湿重240，选择4个BE一60型隔振器，每个隔振器的额定承重为60 kg。

表 1列出了安装隔振器前后机脚各测点在 10～1 kHz频段内的振动加速度级。由表中数据可以看出，机脚加速度平均振级下降了4．5 dB，隔振效果较为理想 。

表 1机脚测点振动加速度级比较Tab．1 Comparison of vibrational acceleration level betweenresponse points of machine seat单位：dB当测量点噪声的测量值与相应测量点的背景噪声的测量值之差大于10 dB时，可不考虑背景噪声的影响。实验中，背景噪声比相应点的噪声小 10dB以上，故对实验噪声测试数据不必修正。表2列出。

表 2有无隔振器各测点声压级Tab．2 Sound pressure level of response points with andwithout isolators单位dB(A)测点号10h 1 000HZ无隔振器 有隔振器了安装隔振器前后各噪声测点在 l0～1 kHz频段的声压级。由表中数据可以看出，在 1O～1 kHz频段安装隔振器后平均噪声级降低了10．8 dB，降噪效果明显。

使用下面公式计算测量表面的平均声压级 1=l0lg J 1 1l (1) ’i
=1上式中 为测量表面平均声压级，Ⅳ为测点点的背景噪声修正量。

经过对比噪声测点9在加装隔振器前后的噪声频谱图的结果中发现，在 119 Hz处噪声值由80 dB降至66 dB，下降14 dB，降噪效果明显，在其余频率下，噪声分贝值略有减小。

(2)涂敷阻尼材料阻尼是结构基本动力特性之一，用以描述结构在振动过程中能量耗散的术语。它是将机械振动系统的能量转变为热能等从而进行减振降噪 。

按照阻尼层规定要求约束层与阻尼层总厚度为基层钢板厚度的1．5～2倍，本文具体涂装结构分层如图11所示。

(a)聚氨 自涂层 (b)环氧树脂涂层(a)Polyurethane coating (b)Epoxy resin coating图 11附加阻尼层施工示意图Fig．1 1 Schematic diagram of additional damping coating实验过程中共在分离筒盖外表面涂装了2层聚氨酯材料和 1层环氧树脂材料。上文提到两种材料均可常温固化，但由于测试时间紧需要提高固化速度缩短固化时问，因而本文在涂装材料后，进行了灯箱烘烤。又由于涂装工艺有限，聚氨酯涂层部分区域出现发泡现象，对减振降噪效果会有略微影响。

由于阻尼涂层缘故，分离筒盖部分不再满足传感器安装条件，因而取机顶点作为阻尼材料减振效果考核点，如图12所示。

52 船用分油机噪声分析与控制 2013年 1O月图 l2机项加速度测点Fig．1 2 Acceleration measurement point locatedon the top of machine实验过程中，每一涂层固化后分别进行一次振动和响应测试，结果如表3、表4所示。

表 3机顶点响应测试结果 单位：dBTab．3 Acceleration measurement results of point located ontop of machine由表中数据可以看出，附加阻尼层对振动有抑制作用，选出的评测点在z方向上加速度级降低了1．4 dB。通过传声器测试结果(10～l 000 Hz)可得总噪声声压级下降4．0 dB，基本达到预期效果。

在涂敷阻尼层后，经过对比噪声测点9在加装隔振器后与涂敷阻尼层后的噪声频谱图后，结果发现，噪声在800 Hz以内变化不明显，在 800~2 000Hz之问峰值削弱明显，使得频谱图区域平缓，无明显峰谷值。

3 结 语本文就KYDR203CD．23型船用分油机的振动噪声特性进行了响应测试和模态分析，提出了通过加隔振器、涂阻尼材料两种方法进行振动噪声控制。对比对应测点的振动加速度级和声压级可以看出，加隔振器的隔振方式对该型分油机的减振降噪效果明{五!，振动降低4．5 dB，噪声降低10．8 dB。涂阻表 4噪声测试结果 单位：dBTr【b．4 Noise measurement results14689平均值76．2 69．2 73．7 68．477．7 67．5 74．675．5 75．9 69．170_3 71．9 716874．373．670．8 68 67．5 68．172．6 69．5 68．3 66．274．0 68．4 70．9 67．769．4 74．3 71．2 67．673．7 72 69 69．6尼材料进一步减低了振动噪声值，振动降低 1．4 dB，噪声降低4．0 dB。这对船用分油机和其它场合的分油机的振动和噪声控制，有一定的参考价值。

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